一种用于放射性气体核素测量的闪烁体探测器
阅读说明：本技术 一种用于放射性气体核素测量的闪烁体探测器 (Scintillator detector for measuring radioactive gas nuclide ) 是由 李奇 王世联 贾怀茂 赵允刚 樊元庆 张新军 于 2021-02-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于放射性气体核素测量的闪烁体探测器,探测器包括双面镀膜的塑料闪烁体圆片、双面镀膜的塑料闪烁体圆筒、充气管路、阀门、光电倍增管、铝壳和碳纤维底盖。塑料闪烁体圆片和塑料闪烁体圆筒的外表面镀膜材料为反光性好的铝、银等金属材料,内表面镀膜材料为透光性好的三氧化二铝、二氧化硅等轻质无机材料。双面镀膜的塑料闪烁体圆片、双面镀膜的塑料闪烁体圆筒、充气管路和阀门组成中空的圆柱体密闭容器,与光电倍增管耦合后用铝壳封装成探测器,铝壳底部为碳纤维底盖。该探测器在保证具有较高的探测效率的情况下,减小了样品的吸附效应。(The invention relates to a scintillator detector for measuring radioactive gas nuclide, which comprises a plastic scintillator wafer with a coated film on two sides, a plastic scintillator cylinder with a coated film on two sides, an air charging pipeline, a valve, a photomultiplier, an aluminum shell and a carbon fiber bottom cover. The outer surface coating materials of the plastic scintillator wafer and the plastic scintillator cylinder are metal materials with good light reflection, such as aluminum, silver and the like, and the inner surface coating materials are light inorganic materials with good light transmission, such as aluminum oxide, silicon dioxide and the like. The detector is characterized in that a hollow cylindrical closed container is composed of a plastic scintillator wafer with a film coated on two sides, a plastic scintillator cylinder with a film coated on two sides, an inflation pipeline and a valve, the hollow cylindrical closed container is coupled with a photomultiplier tube and then packaged into a detector by an aluminum shell, and the bottom of the aluminum shell is a carbon fiber bottom cover. The detector reduces the adsorption effect of the sample under the condition of ensuring higher detection efficiency.)
技术领域
本发明属于大气辐射环境监测及核设施安全运行监测领域，具体涉及一种用于放射性气体核素测量的闪烁体探测器，尤其是一种用于放射性气体核素测量的双面镀膜塑料闪烁体探测器，具体涉及放射性气体核素β射线测量。
背景技术
大气中放射性氙同位素监测对于核设施安全运行及涉核活动监测具有重要意义。核设施发生异常释放，会造成放射性气体(主要是惰性气体氙)泄漏到大气中，由于这些放射性气体在大气中扩散稀释并不断衰变，大气中放射性氙活度很低，因此，开展痕量放射性气体活度测量，提高气体核素活度测量探测灵敏度，可为核事故预警、应急和评估提供宝贵数据，对保护公众、保护环境辐射安全起到积极的作用。
β-γ符合测量方法是一种探测灵敏度较高的气体放射性核素测量方法，现有的β探测器由于两端放置光电倍增管，较难将两支光电倍增管增益调节一致，能量分辨率较差，采用特氟龙材料作为反射层，对β射线探测效率为70％左右，由于体积较小，无法满足较大体积样品测量。另外，现有的一种用于放射性气体核素测量的充气式探测器由于氙吸附在塑料闪烁体探测器内表面上会对下一个样品产生影响，同时，探测效率还需进一步提高。
发明内容
本发明提供一种用于放射性气体核素测量的闪烁体探测器，要解决的技术问题是：减小氙吸附效应和提高β射线探测效率。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种用于放射性气体核素测量的闪烁体探测器，其特征在于：包括双面镀膜的塑料闪烁体圆片(11)、双面镀膜的塑料闪烁体圆筒(12)、光电倍增管(13)和铝壳，双面镀膜塑料闪烁体圆片、双面镀膜的塑料闪烁体圆筒组成中空的圆柱体密闭容器；双面镀膜的塑料闪烁体圆筒底部与光电倍增管耦合后封装在铝壳内。
有益效果：1、本发明所述塑料闪烁体采用内外表面差别化镀膜，外表面采用金属镀膜，增强荧光反射效率，实现了β射线的高效探测，129keV内转换电子探测效率大于99％。
2、内表面采用镀透光性好的轻质无机材料，氙在内表面上的吸附效应由5％降低到1％以下。
附图说明
图1为双面镀膜塑料闪烁体示意图；
图2为双面镀膜塑料闪烁体探测器装配前结构示意图；
图3为双面镀膜塑料闪烁体探测器装配后结构示意图；
图4为氮气冲洗前后的γ能谱；
图5为131mXe样品的原始γ能谱和符合γ能谱；
其中1—镀金属膜的塑料闪烁体圆片外表面；2—镀透光性好的轻质无机材料薄膜的塑料闪烁体圆片内表面；3—未镀膜的塑料闪烁体圆片边缘(用来与塑料闪烁体圆筒粘合)；4—不镀膜的塑料闪烁体圆筒粘合处；5—用于粘合充气管路的圆孔；6—镀透光性好的轻质无机材料薄膜的塑料闪烁体圆筒内表面；7—镀金属膜的塑料闪烁体圆筒侧壁外表面；8—未镀膜的塑料闪烁体圆筒底部(与光电倍增管耦合)；9—充气管路；10—阀门；11—双面镀膜的塑料闪烁体圆片；12—双面镀膜的塑料闪烁体圆筒；13—光电倍增管；14—高压接口；15—信号接口；16—碳纤维盖；17—封装铝壳；18—氮气冲洗前γ能谱；19—氮气冲洗后γ能谱；20—原始γ能谱；21—符合γ能谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提出的一种用于放射性气体核素测量的闪烁体探测器，包括：双面镀膜塑料闪烁体圆片11、双面镀膜的塑料闪烁体圆筒12、充气管路9、阀门10、光电倍增管13、铝壳17以及碳纤维盖16，双面镀膜塑料闪烁体圆片、双面镀膜塑料闪烁体圆筒组成中空的圆柱体密闭容器；
所述双面镀膜塑料闪烁体圆片和塑料闪烁体圆筒内外表面镀不同材质的薄膜。
除了需与光电倍增管耦合的塑料闪烁体圆筒底部外表面以及塑料闪烁体圆筒与塑料闪烁体圆片粘合处外，塑料闪烁体圆片和塑料闪烁体圆筒外表面镀膜材料为铝或银等反光效果好的金属材料，镀膜尽可能薄且均匀无缝隙，保证塑料闪烁体不漏光。
塑料闪烁体圆片和塑料闪烁体圆筒内表面均镀透光性好的轻质无机材料(如三氧化二铝、二氧化硅等)，镀膜尽可能薄，减小了氙在内表面上的吸附效应，同时保证可透过β射线在塑料闪烁体产生的荧光，又减小对β射线的阻挡。
上述镀膜后的塑料闪烁体圆片和塑料闪烁体圆筒用透光性好的环氧树脂粘合，充气管路用透光性好的环氧树脂与塑料闪烁体圆筒侧壁的圆孔粘合，塑料闪烁体圆筒底部(没有镀金属膜的一侧)与光电倍增管耦合后，封装在铝壳内与碳纤维盖形成塑料闪烁体探测器，铝壳顶部为碳纤维盖，以减小进行符合测量时对低能X射线和γ射线的吸收。
图1-图3是本发明双面镀膜塑料闪烁体探测器结构示意图，塑料闪烁体圆片直径为50mm，厚度为2mm(减小对低能X射线和γ射线的吸收)。外表面镀10μm厚的铝膜1；内表面镀直径为40mm、厚度为400nm的三氧化二铝薄膜同心圆2；边缘5mm的圆环部分不镀膜3。
塑料闪烁体圆筒外径为50mm，内经为40mm，壁厚为5mm。塑料闪烁体圆筒与塑料闪烁体圆片粘合处表面不镀膜4；塑料闪烁体圆筒侧壁开一个直径2mm的通孔5，穿入充气管路9并粘合；塑料闪烁体圆筒侧壁外表面镀10μm厚的铝膜7；内表面镀厚度为400nm的三氧化二铝薄膜6；塑料闪烁体圆筒与光电倍增管耦合一侧不镀膜8。
双面镀膜的塑料闪烁体圆片11、塑料闪烁体圆筒12、充气管路9用透光性好的环氧树脂粘合，充气管路9与阀门10连接，组成中空的圆柱体密闭容器。用硅油将塑料闪烁体圆筒未镀膜一侧与光电倍增管13耦合连接。最后用铝壳17将塑料闪烁体及光电倍增管封装，铝壳顶部为厚0.8mm的碳纤维盖16。
上述塑料闪烁体圆片和塑料闪烁体圆筒外表面镀铝膜，保证在塑料闪烁体中产生的荧光高效率反射进入光电倍增管，提高β射线探测效率；内部镀三氧化二铝薄膜减小了氙在塑料闪烁体内表面的吸附效应，镀膜很薄仅为400nm，不影响β射线探测，同时镀膜为透明材质保证荧光被光电倍增管收集；用铝壳封装，底部采用碳纤维，减小了进行符合测量时对低能X射线和γ射线的吸收。
对本发明双面镀膜塑料闪烁体探测器进行抽真空测试和耐压测试，结果表明该探测器可承载2.5×105Pa的压力，真空保持较好，密封性能良好。
将本发明双面镀膜塑料闪烁体探测器充入131mXe样品，放置在HPGe探测器上，获取了γ能谱18，然后用氮气反复冲洗塑料闪烁体探测器3次，再获取γ能谱19，氮气冲洗前后的γ能谱示于图4，从能谱中看出，用氮气冲洗后，能谱中基本上观察不到131mXe 164keVγ射线峰，计算冲洗后能谱峰计数率与冲洗前能谱峰计数率比值为0.6％，即吸附效应为0.6％，未镀膜的塑料闪烁体探测器吸附效应约为5％。
将本发明双面镀膜塑料闪烁体探测器充入131mXe样品，与HPGe探测器组成符合测量装置，双面镀膜塑料闪烁体探测器测量131mXe内转换电子，HPGe探测器获取γ能谱，测量的原始γ能谱20和符合γ能谱21示于图5。131mXe的129.4keV内转换电子与29.8keV X射线具有级联符合关系，利用下式计算得到了131mXe 129.4keV内转换电子探测效率为99.8％。
式中，nX为原始谱X射线峰计数率；nXc为符合谱X射线峰计数率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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